引言

    msp430系列单片机是由美国ti公司生产的新一代16位单片机，它具有处理能力强，运行速度快、资源丰富、开发方便等优点，具有很高的性价比，最近几年在国内得到了很广泛的应用。通用串行总线（usb）是现代数据传输的发展趋势，它具有高速、可热插拔、易扩展、接口通用、无需外接电源等优点在数据传输方面得到和广泛的应用。数据采集在工业测试系统中是一个很重要的环节，其精确性和可靠性是至关重要的，msp430和usb为此提供了理想的解决方案。本文以沥青桥面防水层检测仪为背景，阐述了基于msp430和usb的数据采集系统。

    系统硬件设计

    本系统采用ti公司的msp430f149和philips公司的usb接口芯片pdiusbd12。pdiusbd12符合通用串行总线usb1.1规范，是一款高性能的usb接口器件，它集成了sie、fifo存储器、收发器和电压变换器。sie完成usb协议层，并完成高速硬件连接，无需软件干预。此模块功能包括：同步模式识别、并串转换、位填充、解填充、crc校验/产生、地址识别和握手相应/产生等。msp430f149芯片片内包括一个12位的a/d转换器adc12、采样保持器和模拟多路器，adc12与一般的adc相比较，具有高速、通用的特点，适合于精密的数据采集和转换，能够对8个外部模拟通道和4个内部电压通道（包括内部温度传感器反馈的电压信号通道）进行a/d转换。adc12还提供了高性能的采样/保持电路，为用户提供了更多的采样触发方式和转换时钟周期的选择。adc12提供了4种转换模式：单通道单次转换，系列通道单次转换，单通道多次转换，多通道多次转换。数据采集流功能框图如图1所示。

    图1 数据采集功能框图

    本系统中msp430f149和pdiusbd12的硬件接口电路图如图2所示。pdiusbd12的8位并行数据接入msp430的p5口，传输数据或者命令。msp430的p17引脚接pdiusbd12的a0，作为pdiusbd12的命令或数据选择线。当a0=0，msp430向pdiusbd12发送数据，当a0=1时，向pdiusbd12发送命令。它们之间的数据交换采取中断查询方式，通过查询p14（p14接pdiusbd12的int_n引脚）是否为低电平来确定是否接受到上位机的数据或命令，再结合d12_wr和d12_rd引脚实现msp430与pdiusbd12的数据交换。pdiusbd12的gl_n接led来对其进行监控，当usb设备接入pc机时，led亮，当在进行数据传输时，led将不断闪烁。

    图2 msp430f149与pdiusbd12接口电路图

    msp430的p6口为其adc12模块8个外部通道的输入端，由于传感器输出的信号比较微弱，同时在沥青桥面测试现场存在着很多车辆噪声和工频信号的干扰，传感器采集到的数据需要经过一定的放大和低通滤波，才能被送到msp430的adc12模块进行采集和转换，信号调理电路如图3所示。

    图3 信号调理电路

    主放大器我们选用美国adi公司的精密仪表放大器ad620。

    图3中运放u2部分组成了一个二阶压控低通有源滤波器。传感器信号通过调节放大之后被送到滤波器的输入端，通过滤波后将干扰部分消除。其传递函数为：。其中为特征角频率。

    由于传感器测量的是拉、压力信号，即放大滤波后输出的电压信号为双极性信号，范围约为-10v~+10v，必须将它转换为单极性信号，即对信号进行直流偏置，在此采用简单的电阻分压方式，如图3所示。所需要的+2.5v电压基准可以由msp430f149提供。

    软件设计

    本系统的软件设计主要包括单片机程序、usb驱动程序、pc机应用程序。单片机部分的程序也称为固件，它包括usb设备的连接、usb协议和中断处理等。pdiusbd12可以按照usb1.1协议对数据进行封装，然后与pc机进行数据交换。msp430根据接受到的命令通过pdiusbd12与pc机的应用程序进行交互。

    msp430向pdiusbd12发送数据/命令部分程序如下：

    void outportb(unsigned char port, unsigned char val)

    {

    p1out&=0xbf; /使pdiusbd12的wr引脚为低电